氧化鋯分析儀的工作原理

氧化鋯分析儀的工作原理

氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來測定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內，位于整個探頭的頂端。
氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣經高溫燒結后形成的穩定的氧化鋯陶瓷燒結體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導體。因其這一特性，在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便是一個典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經外電極，煙氣流經內電極，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0（20.6%O2）時，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子

一、 概述

   氧化鋯煙氣氧量分析儀是近幾十年發展起來的新型測氧器，因其具有結構簡單、維護方便、反應速度快、測量范圍廣等特點，而廣泛應用于電力、冶金、供暖、建材、電子等部門，分析各種工業鍋爐及窯爐中煙氣的氧含量，提高燃燒效率，節約能源，減少環境污染。

   氧化鋯氧量分析儀由轉換器和檢測器（俗稱氧探頭）組成，在檢測器的核心元件氧化鋯濃差電池上，采用了納米材料和優良的生產工藝，在電極涂層上添加抑制電極老化的添加劑。大大提高了氧化鋯測量探頭的精度和使用壽命。檢測器采用直插式探頭結構，不需取樣系統，能及時反映鍋爐內燃燒狀況，如與自控裝置配合使用，可有效地控制燃燒狀況。轉換器采用單片機智能化設計，漢字液晶顯示，使數據顯示、功能控制更具有人性化；可與各類型DCS數據接入設備連接。使儀表的操作變的簡單，容易掌握。具有以下特點：

? 1. 通用性較強，可以直接替換其它廠家氧量分析儀。

   2. 大屏幕藍底白字ＬＣＤ顯示。

? 3. 全中文操作菜單(出口產品可以提供英文菜單)。

? 4. 氧量量程0.01-25.00％內自由設定（量程0-5%）。

   5. 溫度采用ＰＩＤ控溫，恒溫點７００℃和７５０℃（可現場選擇）。

? 6. 可設置氧量上、下限報警指示，溫度上、下限報警指示。

? 7. 本底電勢一鍵校正。

? 8. 可用標準氣在線校準。

? 9.  4~20mA標準電流輸出與主電路光電隔離，可直接遠傳進入DCS系統。

?  10. 多種故障信息提示。

二、工作原理

    氧化鋯是一種高溫電解質濃差電池，在高溫環境下，具有能產生氧離子遷移的導電性能，由于被測氣體（煙氣或其它氣體）與參比氣

體（空氣或其它氣體）在氧化鋯兩側鉑電極的氧分壓不同，在兩極間有一定數量的氧離子遷移而產生了氧濃差電勢，其電勢值與氧濃度的關系，可以用能斯特（Nernst）公式來表示：

             E=RT/4F×LnP₁/P₂

式中：E—氧濃差電勢（V）

      R—理想氣體常數（8.314J/moLK）

      T—絕對溫度值（K）

      F—法拉第常數（96500c/moL）

      P1—參比氣體分壓（空氣）

      P2—被測氣體分壓

    變送器把所測量出的數據，經單片機計算轉換，將氧含量在液晶屏上顯示出來，同時轉換成電流信號供計算機或計錄儀使用。

    700℃和750℃時氧濃度與氧濃差電勢關系見附表．

三、 技術指標

??          量程：   0.01～25.00%O₂(量程從5.00％－25.00％內自由設置）

     輸出信號： 4 ～20mA 負載電阻≤500Ω 隔離

     重復性：   滿量程的±0.5%

     基本誤差： ≤±1%（滿量程）

     穩定性：   ≤±1%（儀器連續檢定4h）

     響應時間： 當標準氣體從檢測器入口引入時計，5秒內達到90%的響應

     環境溫度： 檢測器 -10℃～80℃   轉換器 0℃～40℃

     電源及功耗：電源220±10%VAC，功耗最大為150W

??  樣氣溫度：   ≤700℃（700℃以上協商供貨）

?      樣氣壓力范圍：±10KPa

??  檢測器長度：  0.4m;0.8m;1.0m;1.2m；（其他長度可根據用戶要求生產）

四、 檢測器的構造

     檢測器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱爐、熱電偶、氣體導管、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個裝置采用全封閉型結構，以增加整個裝置的密封性能，提高使用壽命。對高粉塵的檢測環境，為達到更好的過濾效果，加裝了多孔陶瓷過濾器。

    檢測器內的氧化鋯管是核心元件 ，屬陶瓷易碎品，運輸和安裝使用過程中應避免劇烈震動，以免損壞。檢測器內加熱爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度，為延長加熱爐的壽命，在工藝上作了特殊的處理。因檢測器本身帶有加熱裝置，從而在低于700℃的環境中能正常工作。